O válvula de estrangulamento , também conhecido como válvula do acelerador ou válvula de estrangulamento, é um dispositivo de controle-chave na indústria de petróleo e gás e outros sistemas de fluidos de alta pressão. Sua função principal é controlar com precisão o fluxo e a pressão do fluido, especialmente nas duras condições de trabalho da alta diferença de pressão, partículas sólidas ou fluxo multifásico a gás-líquido.
1. A função principal e o objetivo da válvula de estrangulamento
Controle Pressão da cabeça do poço: essa é a função mais importante. No estágio inicial da produção de poços de petróleo e gás ou em poços de alta pressão, a pressão do orifício inferior é muito maior que a tolerância do sistema de processamento a jusante. A válvula de estrangulamento reduz a pressão do fluido para uma faixa de operação segura, criando uma resistência ajustável (queda de pressão) para proteger oleodutos a jusante, separadores e outros equipamentos.
Ajuste a produção: alterando a abertura da válvula (área de aceleração), o fluxo de volume do poço de petróleo e gás ou oleoduto é controlado com precisão para atingir metas de alocação de produção ou requisitos de teste.
Evite a cavitação/flash: sob certas condições de trabalho (como queda de pressão repentina que leva à vaporização líquida), uma válvula de estrangulamento adequadamente projetada (como aceleração de vários estágios) pode diminuir a taxa de queda de pressão, reduzir ou eliminar a cavitação destrutiva e a erosão da válvula.
Segurança de controle do poço: nas operações de perfuração, conclusão e reparo de poço, a válvula de estrangulamento ajustável é um componente -chave do grupo preventor de explosão, usado para implementar operações de matança de poços, controlar chutes ou blowouts e é uma das últimas barreiras para controlar bem a segurança.
Garantia do fluxo: O controle do fluxo ajuda a diminuir os problemas, como formação de hidrato, deposição de cera ou escala.
Teste e medição: Forneça condições estáveis de pressão e fluxo durante o teste de produção ou medição de fluxo.
2. Principais tipos de válvulas de estrangulamento
De acordo com a estrutura e o método de ajuste, eles são divididos principalmente em duas categorias:
Válvula de estrangulamento fixo (estrangulamento fixo)
Princípio: Um elemento de limpeza inadequado é instalado dentro (geralmente uma bucha de cerâmica ou carboneto com tamanho preciso de perfuração - feijão).
Características:
Estrutura simples, custo durável e relativamente baixo.
Forte resistência à erosão (especialmente buchas de cerâmica ou carboneto).
O controle de fluxo/pressão é fixo. Se precisar ser alterado, a máquina precisa ser interrompida para substituir a bucha de aceleração por diferentes aberturas.
APLICAÇÃO: Utilizada principalmente em situações em que é necessário fluxo/pressão estável a longo prazo ou como um elemento de estrangulamento de backup/auxiliar para válvulas de estrangulamento ajustáveis. Também comumente usado em processos de teste.
Válvula de estrangulamento ajustável (estrangulamento ajustável / variável)
Princípio: A abertura (área de aceleração) entre o núcleo da válvula e a sede da válvula é ajustada continuamente através de um mecanismo de operação externo (manual, hidráulico, pneumático ou elétrico) para alterar a queda de fluxo e pressão.
Estrutura do núcleo (tipos comuns):
Tipo de válvula de agulha: Uma válvula de agulha cônica (agulha) é inserida no orifício da sede da válvula correspondente (assento) e o movimento axial da válvula da agulha altera a área de aceleração anular. Alta precisão, adequada para fluidos limpos.
Tipo de gaiola/tipo de orifício multi: O núcleo da válvula (tipo de êmbolo ou tipo de manga) se move em uma gaiola (gaiola) com orifícios especiais para alterar a área de fluxo. O projeto do orifício (tamanho, forma, distribuição de números) na gaiola pode otimizar as características do fluxo, reduzir ruído, cavitação e erosão. O mais amplamente utilizado.
Tipo de porta de porta/faca: semelhante à válvula da porta, mas com uma aresta de corte especialmente projetada, ele pode fornecer funções de corte e limitação em lamas contendo partículas sólidas.
Características:
Ele pode ajustar continuamente e finamente o fluxo e a pressão durante a operação e responder rapidamente.
Alto grau de automação, fácil de integrar aos sistemas de controle (como SCADA, DCS).
A estrutura é relativamente complexa, o custo é alto e é mais sensível ao desgaste (é necessária manutenção regular).
Modo de unidade:
Manual: Operado por mão e caixa de câmbio. Simples e confiável, baixo custo, adequado para ajustes ou espera pouco frequentes.
Hidráulico/pneumático: use óleo hidráulico ou ar comprimido para dirigir o atuador. Forneça forte impulso, à prova de explosão, adequado para ambientes remotos ou severos. Mais comum.
Elétrico: o atuador é acionado por um motor. Alta precisão de controle, transmissão de sinal conveniente, prova de explosão e confiabilidade precisam ser consideradas.
3.
A válvula de estrangulamento funciona sob condições extremas, e o design deve enfrentar os seguintes desafios:
Resistência à erosão:
Endurecimento dos componentes -chave: endurecimento da superfície do núcleo da válvula, sede da válvula e gaiola (como pulverização de carboneto de tungstênio, nitretação e superfície da liga de estreita).
Seleção de materiais de super -hard: cerâmica (alumina, carboneto de silício), buchas ou componentes de liga de carboneto de tungstênio.
Otimização do canal de fluxo: guie o fluido suavemente através da área de aceleração para evitar a turbulência e o impacto direto.
Resistência à cavitação:
Redução de pressão de vários estágios: dispersa a queda de pressão total em vários estágios de queda de pressão de múltiplas séries (gaiola de estrangulamento de vários estágios) para impedir que a pressão de ponto único caia abaixo da pressão do vapor líquido.
Projeto da gaiola de resistência à cavitação: os tipos especiais de orifícios (como o tipo de labirinto) promovem o colapso das bolhas na câmara de alta pressão, reduzindo o impacto direto na superfície do metal.
Seleção de material: os materiais difíceis são mais resistentes a danos à cavitação.
Selagem:
Selagem de metal a metal: O núcleo da válvula e o assento da válvula são feitos de liga dura para garantir a vedação confiável e a vida útil longa sob alta diferença de pressão. Tipo de vedação principal.
Vedação auxiliar: a embalagem da haste da válvula (como grafite, PTFE) impede o vazamento externo. As válvulas API 6A requerem níveis rígidos de vedação (como PR2, PR2F).
Força e controle operacionais:
Projeto equilibrado: reduza o impulso/torque necessário para a operação da válvula (especialmente para válvulas diferenciais de alta pressão de grande diâmetro).
Seleção do atuador: impulso suficiente para superar a força e o atrito do fluido para garantir um posicionamento preciso e confiável.
4. Cenários de aplicação típicos
Produção de petróleo e gás:
Trepação de poços de poços de petróleo, poços a gás e poços de gases de condensado (pressão da cabeça do poço de controle e ajuste a produção).
Controle de pressão de entrada do separador de teste.
Controle de fluxo de injeção de água/injeção de gás.
Controle de volume de gás em sistemas de elevação artificial (como elevador de gás).
Perfuração e conclusão:
Componentes do Core Bop, usados para matar bem e acelerar.
Controle de fluxo/pressão nos sistemas de circulação de perfuração e fluido de conclusão (lama).
Controle de fluxo e pressão durante o teste de formação (DST).
Outras indústrias:
Sistemas de vapor de alta pressão em usinas químicas e usinas de energia.
Oleodutos de chorume em minas.
Sistemas de jato de água de alta pressão.
5. Considerações -chave para a seleção
A escolha da válvula de estrangulamento certa é crucial e requer avaliação de:
Propriedades do fluido: petróleo, gás, água, fluxo multifásico, teor de areia, conteúdo de H₂s/Co₂ (requisitos de material), temperatura, viscosidade.
Parâmetros operacionais:
Pressão a montante (P1)
Pressão a jusante (P2)
Queda de pressão esperada (Δp = p1 - p2) - o parâmetro mais crítico
Fluxo máximo/mínimo (Q)
Temperatura do fluido
Requisitos funcionais: é o principal objetivo de controlar a pressão, o fluxo ou ambos? O ajuste frequente é necessário? O controle automático é necessário?
Tamanho e conexão Método: Tamanho do pipeline (NPS/DN), nível de pressão (como classe ANSI, PN), Flange Standard (ASME, API, DIN) ou conexão de soldagem de bunda.
Grau do material: os materiais do corpo da válvula e do acabamento devem atender aos requisitos de pressão, temperatura, corrosão e resistência à erosão. Concentre -se no núcleo da válvula, sede da válvula, material de gaiola/bucha (como 316Ss, aço duplex, 625 liga, carboneto de tungstênio, cerâmica). Siga NACE MR0175/ISO 15156 (serviço azedo).
Modo de atuação: manual, hidráulico, pneumático, elétrico? Quanto impulso/torque é necessário? O feedback da posição é necessário?
Padrões e especificações: é crucial seguir os padrões do setor:
API 6A: especificações do equipamento da árvore do poço e da árvore de Natal - o padrão mais central para o petróleo e gás a montante, cobrindo os níveis de pressão, materiais, design, teste e requisitos de documentação (como PSL, nível de PR).
API 14C/ISO 10418: Análise, design e instalação do sistema de segurança da plataforma offshore.
API 6D/ISO 14313: Especificações da válvula de pipeline.
ASME B16.34: Flanges de válvula, fios e extremidades de soldagem.
NACE MR0175/ISO 15156: Indústria de petróleo e gás natural - Materiais para ambientes contendo H₂S na produção de petróleo e gás.
6. Pontos -chave para operação e manutenção
Operação:
Ajuste lentamente: evite mudanças repentinas no fluxo/pressão que podem causar choques no sistema.
Evite pequena abertura: a abertura extremamente pequena aumenta o risco de erosão e cavitação. Entenda a abertura mínima recomendada da válvula.
Parâmetros de monitoramento: preste muita atenção à pressão a montante e a jusante, a temperatura, as mudanças de fluxo e o ruído/vibração anormal.
Manutenção:
Inspeção regular:
Vazamento externo (empacotamento de haste, conexão de flange).
Se o atuador opera sem problemas.
Se o medidor de pressão e o indicador de posição são normais.
Manutenção preventiva:
Inspecione/substitua o núcleo da válvula, o assento da válvula, a gaiola/bucha e outras peças de uso de acordo com o ciclo recomendado pelo fabricante.
Lubrifique as partes móveis.
Inspecione/substitua a embalagem da haste da válvula.
Peças de reposição: Reserve a chave de uso de peças (especialmente válvulas de mão sobressalente para válvulas de estrangulamento fixo).
